Evaluation of the impacts of climate change on coastal water systems and infrastructure, and measures for adaptation and management

Abstract

This PhD thesis investigates the impacts of climate change on coastal urban areas, focusing on resilience assessment and the development of an agent-based model (ABM) to support climate adaptation strategies. The study introduces a novel Coastal Resilience Index (CResI). The index incorporates 19 parameters categorized into six factors, using the Analytic Hierarchy Process and GIS techniques. The findings highlight that 25% of the examined area is at risk, emphasizing the need for adaptation measures. To support adaptation planning on a local scale, this dissertation develops custom climate change scenarios (GR-RCPxSSP) tailored to socio-economic and environmental contexts of Greece. Finally, the Coastal Resilience Agent-Based Model (CRes-ABM) is introduced. This model integrates the custom climate change scenarios, geospatial data, and adaptation strategies to produce resilience maps. The assessment of adaptation measures and the definition of action thresholds are carried out through a questionnaire survey of experts and stakeholders. The southwest waterfront of Attica, Greece, was selected as a case study. The results of the model show that the interactions of agents largely shape the level of resilience of each region. In addition to the expected coping measures such as hard protection measures, simpler decisions significantly affect the overall resilience level.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στις παράκτιες αστικές περιοχές, εστιάζοντας στην αξιολόγηση της ανθεκτικότητας και την ανάπτυξη ενός μοντέλου βασισμένου σε πράκτορες (Agent-Based Model - ABM) για την υποστήριξη στρατηγικών προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή. Η μελέτη εισάγει έναν νέο δείκτη ανθεκτικότητας των ακτών (CResI), ο οποίος ενσωματώνει 19 παραμέτρους κατηγοριοποιημένες σε έξι παράγοντες, χρησιμοποιώντας την Αναλυτική Ιεραρχική Διαδικασία (Analytic Hierarchy Process-AHP) και τεχνικές GIS. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το 25% της περιοχής μελέτης βρίσκεται σε κίνδυνο, τονίζοντας την ανάγκη για μέτρα προσαρμογής. Για την υποστήριξη του σχεδιασμού προσαρμογής σε τοπική κλίμακα, η διατριβή αναπτύσσει εξατομικευμένα σενάρια κλιματικής αλλαγής (GR-RCPxSSP) προσαρμόζοντας διεθνή σενάρια στο κοινωνικοοικονομικό και περιβαλλοντικό πλαίσιο της Ελλάδας. Τέλος, παρουσιάζεται το Μοντέλο Παράκτιας Ανθεκτικότητας βασισμένο σε πράκτορες (CRes-ABM), το οποίο ενσωματώνει τα προσαρμοσμένα σενάρια κλιματικής αλλαγής, τα γεωχωρικά δεδομένα και τις στρατηγικές προσαρμογής για την παραγωγή χαρτών ανθεκτικότητας. Η αξιολόγηση των μέτρων προσαρμογής και ο καθορισμός των ορίων δράσης πραγματοποιούνται μέσω έρευνας ερωτηματολογίου σε ειδικούς και εμπλεκόμενους φορείς. Ως μελέτη περίπτωσης επιλέχθηκε το νοτιοδυτικό παραλιακό μέτωπο της Αττικής. Τα αποτελέσματα του μοντέλου δείχνουν ότι οι αλληλεπιδράσεις των πρακτόρων (agents) διαμορφώνουν σε μεγάλο βαθμό το επίπεδο ανθεκτικότητας κάθε περιοχής. Εκτός από τα αναμενόμενα μέτρα αντιμετώπισης, όπως τα σκληρά μέτρα προστασίας, απλούστερες αποφάσεις επηρεάζουν σημαντικά το συνολικό επίπεδο ανθεκτικότητας.